Bei Jetlag und Schichtarbeit macht sie sich bemerkbar
Wer schon einmal einen Jetlag durchgemacht hat, hat die Funktionen der inneren Uhr zu spüren bekommen: Unser Wohlbefinden ist betroffen, wenn wir aus dem gewohnten Rhythmus geraten. Dies verdeutlicht, wie stark unsere Körperfunktionen auf die Phasen des Tages eingestellt sind. Die innere Uhr reguliert dabei vor allem das Verhalten, den Hormonspiegel, das Schlafbedürfnis, die Körpertemperatur und den Stoffwechsel. Es gibt mittlerweile viele Hinweise darauf, dass eine chronische Dissonanz zwischen unserem Lebensstil und dem Rhythmus unseres inneren Zeitmessers mit einem erhöhten Risiko für verschiedene Krankheiten einhergeht.
Die Erforschung der inneren Uhr von Lebewesen hat bereits eine lange Tradition. Schon früh zeichnete sich ab, dass sich neben dem Menschen auch Tiere und Pflanzen an die tageszeitlichen Veränderungen in der Umwelt anpassen. Wie diese sogenannte zirkadiane Uhr arbeitete, blieb allerdings lange ein Rätsel. In den 70er Jahren konnten Forscher dann erstmals genetische Grundlagen der biologischen Zeitmessung aufzeigen: Mutationen in einem bestimmten Gen führten bei Taufliegen zu einer Störung der inneren Uhr.
An diese Ergebnisse knüpften die Arbeiten der diesjährigen Nobelpreisträger an. Im Jahr 1984 gelang es Jeffrey Hall und Michael Rosbash an der Brandeis University in Boston in Zusammenarbeit mit Michael Young an der Rockefeller University in New York, das sogenannte Periodengen zu isolieren. Hall und Rosbash beschäftigten sich anschließend mit dem Eiweiß, das dieses Gen hervorbringt: mit dem Protein PER. Wie sie zeigen konnten, sammelt sich PER während der Nacht an und wird dann während des Tages abgebaut. So schwingen die PER-Protein-Niveaus über einen 24-Stunden-Zyklus – synchron mit dem cirkadianen Rhythmus.
Mechanismus mit Rückkopplungsschleife
Unklar blieb bis dahin allerdings, wie diese Schwingungen erzeugt und erhalten werden können. So gingen die Forscher der Vermutung nach, dass das PER-Protein seine eigene Synthese durch eine inhibitorische Rückkopplungsschleife verhindert und damit sein eigenes Niveau in einem zyklischen Rhythmus reguliert. Hall und Rosbash konnten in diesem Zusammenhang zeigen, dass sich das PER-Protein während der Nacht im Zellkern ansammelt. Young ermöglichte dann schließlich die Erklärung, wie es dort überhaupt hin kommt: 1994 entdeckte er ein weiteres Uhren-Gen, welches das sogenannte TIM-Protein bildet, das für einen normalen circadianen Rhythmus erforderlich ist. Schließlich konnte er dann zeigen, dass wenn TIM an PER gebunden ist, die beiden Proteine in den Zellkern gelangen können. Dort blockieren sie die Aktivität des Periodengens, um die inhibitorische Rückkopplungsschleife zu schließen.
